CN112549868B - 轮胎空腔噪音的检测分析方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种轮胎空腔噪音的检测分析方法及其应用。该检测分析方法采用高速均匀性设备进行检测，包括：预热：轮胎轮辋组合体与转鼓接触加载并旋转预热；增速过程：以速度增量c从速度a至速度b进行增速；减速过程：轮胎轮辋组合体脱离转鼓，以速度增量‑c从速度b至速度a进行减速；数据处理：增速过程的数据减去减速过程的数据，并进行傅里叶分解，得到对应各速度各谐波次数的幅值；以及，数据分析：分析幅值突变点，判断空腔噪音的能量大小。该检测分析方法，运用原有的高速均匀性设备即可进行，分析方法简单，更容易操作，且效率高、周期短；另外，此为室内实验，试验变量相对单一，不受路况及环境噪音的影响，最终结果更为客观可信。
Description
技术领域
本发明属于轮胎检测技术领域，尤其涉及一种轮胎空腔噪音的检测分析方法及其应用。
背景技术
轮胎空腔噪音是指轮胎行驶过程中接受路面粗糙度及轮胎不均匀性等的激励，使得轮胎内部空气振动，产生纵向及径向能量差异，这种能量再次通过轮胎传至轮辋进而传至车身结构造成驾驶室噪音，空腔噪音的主要发生频率为180～250Hz。
随着电动汽车的蓬勃发展，轮胎空腔噪音改善越来越成为困扰轮胎制造企业的一大难题，目前在轮胎内部粘贴吸音棉是应对空腔噪音的最有效手段，但市场上的吸音棉质量参差不齐，如何选择吸收噪音能力较强的优质吸音棉，首先需要有效的检测手段。
目前要获取吸音棉吸音效果，只能通过实车测试进行频谱分析，但这种方法首先对测试车辆和测试设备的要求较高，对于轮胎生产商来讲，无论租车还是买车都是一笔不小的花费；其次，每个方案需要至少4条轮胎进行测试，需要频繁装卸胎，工作量大，测试效率低，测试周期长；再次对测试人员和分析人员的能力要求较高；另外，测试结果容易受到干扰，变量不容易控制，尤其是测试路况、测试时的环境噪音等。
发明内容
针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种轮胎空腔噪音的检测分析方法及其应用，该检测分析方法采用现有的高速均匀性设备进行，无需进行实车测试，操作简单，效率高、周期短。
本发明提供一种轮胎空腔噪音的检测分析方法，采用高速均匀性设备进行检测，包括以下步骤：
预热：将待检测的轮胎轮辋组合体安装在设备上并与设备的转鼓接触加载，启动设备旋转进行预热；
增速过程：从速度a开始以速度增量c逐渐增速至速度b，采集轮胎与转鼓在接触加载状态下的(b-a)/c+1个复合不均匀数据；
减速过程：轮胎轮辋组合体脱离转鼓自由旋转降速，采集由速度b降至速度a范围内以-c为速度增量的(b-a)/c+1个不平衡数据；
数据处理：每个速度下的复合不均匀数据减去该速度下的不平衡数据得到轮胎轮辋组合体数据，并对所述轮胎轮辋组合体数据进行傅里叶分解，得到对应各速度各谐波次数的幅值；
数据分析：分析幅值突变点，判断空腔噪音的能量大小。
在本发明某些实施例中，在数据处理过程中，根据以下公式(1)计算各速度各谐波次数的频率：
f＝V*n/(3.6π*D1) (1)
式中，f为某速度某谐波次数对应的频率，V为轮胎的速度，n为谐波次数，D1为轮胎充气外直径。
在本发明某些实施例中，该检测分析方法还包括：在检测开始前预先估算空腔频率的步骤：
根据以下公式(2)预先估算空腔频率，并根据空腔频率的估算值确定所选设备的检测范围可覆盖该频率；并且，在数据分析过程中，重点观察检测数据中该频率附近的幅值突变，以便快速确认空腔噪音；
F＝2C/π*(D1+D2) (2)
式中，F为空腔频率，C为声速，D1为轮胎充气外直径，D2为轮辋外直径。
在本发明某些实施例中，速度a的取值范围为60～90km/h，速度b的取值范围为90～120km/h，若反馈在某速度下存在严重空腔噪音，此速度须包含在速度a至b中。
在本发明某些实施例中，速度增量c为2km/h以提高检测数据的精度，避免遗漏空腔噪音的检测数据。
在本发明某些实施例中，该检测分析方法还包括：对检测数据进行修正的步骤：将检测得到的幅值数据同时减去相应谐波次数下速度a对应的谐波幅值。
在本发明某些实施例中，设备预热为在120km/h速度下顺时针运行20min。
在本发明某些实施例中，检测气压为200kPa～250kPa；检测载荷为最大负荷的50％～80％；检测环境温度：24.0±3℃。
在本发明某些实施例中，每一方案至少检测3条轮胎，并将检测得到的幅值取均值后进行比较。
本发明另一方面提供一种根据上述任一项所述的检测分析方法在检测吸音棉吸音效果中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提出采用高速均匀性设备对轮胎空腔噪音进行检测的理念，同时设计并提供了相应的检测分析方法，并应用该方法对轮胎用吸音棉的吸音能力进行量化，判断吸音棉吸音能力的强弱。
(2)本发明所提供的检测分析方法，其对检测设备的要求不高，运用原有的高速均匀性设备即可进行；送检人确认检测速度后试验员只需按固定程序进行试验，分析方法简单，更容易操作，对检测人员的能力要求不高，且效率高、周期短；另外，此为室内实验，试验变量相对单一，不受路况及环境噪音的影响，最终结果更为客观可信。
(3)本发明在提出空腔噪音检测分析方法的同时，进一步提出了高速均匀性的观测范围，并优化了相应的试验速度选择范围及步骤，可快速获得检测结果，提高检测数据的精度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明轮胎空腔噪音的检测分析方法的一个示意性实施例中，该检测分析方法采用高速均匀性设备进行检测，包括以下步骤：
S1预热：将待检测的轮胎轮辋组合体安装在设备上并与设备的转鼓接触加载，启动设备并旋转进行预热；
S2增速过程：从速度a开始以速度增量c逐渐增速至速度b，采集轮胎与转鼓在接触加载状态下的(b-a)/c+1个复合不均匀数据；
S3减速过程：轮胎轮辋组合体脱离转鼓自由旋转降速，采集由速度b降至速度a范围内以-c为速度增量的(b-a)/c+1个不平衡数据；
S4数据处理：每个速度下的复合不均匀数据减去该速度下的不平衡数据得到轮胎轮辋组合体数据，并对所述轮胎轮辋组合体数据进行傅里叶分解，得到对应各速度各谐波次数的幅值；
S5数据分析：分析幅值突变点，判断空腔噪音的能量大小。
本发明上述实施例抛弃了传统的采用实车进行测试的方法，提出采用高速均匀性设备进行轮胎空腔噪音的检测，其原理为：轮胎的高速均匀性试验可以反映出轮胎在高速运转过程中的力学性能变化，包括径向力、侧向力、纵向力的周期性波动，且能通过傅里叶级数分解为不同谐波，实现各次谐波的幅值大小和对应的频率可观测；若轮胎运转状态下的某次谐波对应的频率与空腔噪音的频率接近或相等，两者将产生共振，表现为高速均匀性对应的谐波幅值明显增大，由此可以判断空腔噪音的能量大小。可以理解的是，此处所述空腔噪音的能量大小是指以谐波幅值作为衡量标准的相对大小，并非实际的能量大小。
该检测分析方法对检测设备的要求不高，运用原有的高速均匀性设备即可进行；送检人确认检测速度后试验员只需按固定程序进行试验，分析方法简单，更容易操作，对检测人员的能力要求不高，且效率高、周期短；另外，此为室内实验，试验变量相对单一，不受路况及环境噪音的影响，最终结果更为客观可信。
需要说明的是，上述方法中获得的检测数据是由高速均匀性设备检测并记录的，即针对每个测试速度，高速均匀性设备都会通过传感器对径向力周期变化波形图进行记录。
轮胎轮辋组合体在转动过程中存在由轮胎质量分布不均匀造成的动不平衡并且产生离心力而对检测数据有影响。在步骤S2的增速过程中检测获得的复合不均匀数据包含了由轮胎不平衡造成的不均匀数据，因此在步骤S4中减去该部分的不平衡数据，得到轮胎轮辋组合体的径向力波动数据。该数据可直接通过高速均匀性设备进行傅里叶分解，输出对应各速度各谐波次数的幅值，而无需人为分解。
在以上数据处理过程中，根据以下公式(1)计算各速度各谐波次数的频率：
f＝V*n/(3.6π*D1) (1)
式中，f为某速度某谐波次数对应的频率，V为轮胎的速度，n为谐波次数，D1为轮胎充气外直径。
在本发明另一实施例中，该检测分析方法还包括：在检测开始前根据以下公式(2)预先估算空腔频率：
F＝2C/π*(D1+D2) (2)
式中，F为空腔频率，C为声速，D1为轮胎充气外直径，D2为轮辋外直径；
根据空腔频率的估算值确定所选设备的检测范围可覆盖该频率；另外，在数据分析过程中，重点观察检测数据中该频率附近的幅值突变，以便快速确认空腔噪音。
通常，速度a的取值范围为60～90km/h，速度b的取值范围为90～120km/h，若反馈在某速度下存在严重空腔噪音，此速度须包含在速度a至b中，速度a和b的取值本领域技术人员可根据实际情况进行确定。
从公式(1)来看，轮胎规格一定则充气外直径一定，同一次谐波对应的频率只与速度相关，速度梯度越大，对应的频率梯度越大，频率梯度过大容易造成失真，可能捕捉不到空腔噪音的数据。因此，优选地，速度增量c为2km/h。例如，空腔频率为216HZ，当高速均匀性试验速度梯度设置为2km/h时，能捕捉到210、214、216、218HZ等，即可以准确捕捉到216HZ，但若高速均匀性速度梯度设置10km/h，能捕捉到的频率可能是200、210、220、230HZ，而遗漏空腔频率216HZ。
由于工艺及材料的复杂性，轮胎本身的均匀性有差异，其本身的均匀性也会对轮胎的空腔产生激励，且越接近共振频率，其激励的贡献值越大，因此，需要对数据进一步修正。在本发明的一些实施例中，该检测分析方法还包括：对检测数据进行修正的步骤，具体地：将检测得到的幅值数据同时减去相应谐波次数下速度a对应的谐波幅值。
在本发明的一些实施例中，设备预热为在120km/h速度下顺时针运行20min。
在本发明的一些实施例中，检测气压为200kPa～250kPa；检测载荷为最大负荷的50％～80％；检测环境温度：24.0±3℃，本领域技术人员可在上述范围内根据需要确定。
在本发明的一些实施例中，每一方案至少检测3条轮胎，并将检测得到的幅值取均值后进行比较，以消除轮胎自身均匀性差异造成的激励贡献。
本发明实施例还提供一种根据上述任一项所述的检测分析方法在检测吸音棉吸音效果中的应用。
在本发明之前的吸音棉吸音效果的检测均为实车测试，通过频谱图进行分析，而高速均匀性测试通常用于衡量轮胎对轮辋的轴荷，并且关注点多为低次谐波幅值大小及对轮胎舒适性的影响。本发明成功地将高速均匀性测试应用于轮胎空腔噪音的检测中，不需要额外设置噪声检测相关设备。该检测分析方法是一种客观的检测方法，通过观测贴吸音棉前后发生共振时径向力对应谐波的幅值大小的损失，可以直接得到吸音棉吸收空腔噪音能量的大小，判断吸音棉吸音能力的强弱。该检测分析方法操作简单，受环境因素影响较小，可用于对比不同吸音棉及不同贴合方案的吸音能力的大小，实用性更强。
实施例
以下采用本发明上述检测分析方法，对225/55R18规格轮胎贴吸音棉前后的空腔噪音进行检测分析。根据公式(2)预先估算其空腔频率在188Hz左右，有反馈称94km/h速度下空腔噪音严重，选取速度范围84～106km/h，速度增量为2km/h；选取4条轮胎进行检测，分别编号为A1、A2、A3和A4。获得的部分检测数据如以下表1、表2和表3所示。
表1方案A(未贴吸音棉)时轮胎的高速均匀性数据
| Speed/kph | RF1H | RF2H | RF3H | RF4H | RF5H | RF6H | RF7H | RF8H | RF9H | RF10H | RF11H | RF12H | RF13H | RF14H | RF15H | RF16H | RF17H | RF18H |
| 84 | 784 | 9 | 8 | 138 | 109 | 362 | 242 | 68 | 32 | 22 | 34 | 53 | 1 | 06 | 2 | 111 | 42 | 194 |
| 86 | 79.6 | 8.7 | 8.3 | 14.4 | 11.4 | 44 | 18.7 | 6.6 | 3.6 | 2.5 | 3.3 | 6.8 | 1.3 | 0.5 | 1.8 | 16.1 | 7.3 | |
| 88 | 80.9 | 9.3 | 8.5 | 15 | 12.5 | 54.4 | 17.9 | 5.7 | 2.4 | 2.3 | 4 | 5.5 | 1.8 | 0.4 | 2.1 | 22.6 | 19.6 | |
| 90 | 82.8 | 9.2 | 8.4 | 15.4 | 13.4 | 61.3 | 19.9 | 4.9 | 2.4 | 2.4 | 4.5 | 5.4 | 1.9 | 0.7 | 2.4 | 35.8 | 22.1 | |
| 92 | 82.7 | 9.3 | 8.9 | 16.4 | 14.7 | 53.5 | 17.7 | 4.8 | 2.5 | 3.1 | 4.3 | 6.1 | 2.3 | 0.6 | 2.6 | 68.6 | ||
| 94 | 83.4 | 9.8 | 9 | 17 | 16.1 | 37.7 | 14.7 | 4.9 | 2.6 | 3.7 | 4.1 | 4.9 | 2.3 | 0.4 | 2.6 | 187.9 | ||
| 96 | 83.4 | 9.4 | 9.2 | 17.8 | 18 | 25.5 | 12.1 | 4 | 2.7 | 3.5 | 5.1 | 4.5 | 2.5 | 0.7 | 2.2 | |||
| 98 | 855 | 96 | 94 | 187 | 207 | 175 | 117 | 3 | 26 | 3 | 53 | 44 | 28 | 16 | 26 | |||
| 100 | 846 | 95 | 97 | 199 | 241 | 154 | 119 | 27 | 18 | 27 | 49 | 42 | 27 | 26 | 58 | |||
| 102 | 874 | 95 | 99 | 209 | 288 | 176 | 113 | 29 | 22 | 29 | 48 | 4 | 25 | 46 | 6 | |||
| 104 | 867 | 101 | 99 | 224 | 333 | 152 | 97 | 22 | 29 | 24 | 54 | 32 | 22 | 95 | ||||
| 106 | 881 | 94 | 104 | 239 | 384 | 103 | 78 | 17 | 27 | 27 | 49 | 35 | 21 | 234 |
表2方案B(贴吸音棉后)轮胎的高速均匀性数据
| Seed/kh | RF1H | RF2H | RF3H | RF4H | RF5H | RF6H | RF7H | RF8H | RF9H | RF10H | RF11H | RF12H | RF13H | RF14H | RF15H | RF16H | RF17H | RF18H |
| 84 | 49.5 | 9.1 | 11.7 | 17.6 | 14.5 | 39.5 | 24.7 | 6.8 | 4.9 | 2.4 | 3.2 | 6.8 | 1.1 | 0.4 | 2.4 | 19.4 | 9.3 | 8.3 |
| 86 | 504 | 89 | 119 | 184 | 155 | 484 | 211 | 58 | 4 | 24 | 37 | 51 | 14 | 01 | 23 | 348 | 9 | |
| 88 | 51.7 | 9.1 | 12.2 | 18.9 | 16.8 | 57.4 | 22.6 | 4.6 | 2.9 | 2.2 | 4.4 | 4.3 | 1.8 | 0.4 | 2.6 | 62.1 | 8 | |
| 90 | 522 | 88 | 123 | 199 | 187 | 559 | 216 | 45 | 33 | 29 | 44 | 6 | 21 | 05 | 29 | 73 | 98 | |
| 92 | 525 | 85 | 124 | 208 | 207 | 423 | 18 | 48 | 35 | 35 | 41 | 49 | 23 | 03 | 3 | 614 | ||
| 94 | 54 | 8.5 | 12.5 | 21.8 | 23 | 28.4 | 14.9 | 4.2 | 3.2 | 3.5 | 4.8 | 4 | 2.4 | 0.9 | 2.9 | 59.6 | ||
| 96 | 54.9 | 8.6 | 12.3 | 23 | 26.1 | 20.2 | 13.7 | 3.1 | 2.7 | 3.3 | 5.1 | 4 | 2.6 | 2.5 | 1.7 | |||
| 98 | 536 | 78 | 125 | 242 | 301 | 168 | 138 | 28 | 23 | 25 | 47 | 34 | 27 | 62 | 12 | |||
| 100 | 56 | 85 | 125 | 254 | 357 | 184 | 132 | 3 | 25 | 27 | 48 | 3 | 27 | 125 | 22 | |||
| 102 | 547 | 79 | 124 | 268 | 431 | 183 | 123 | 28 | 33 | 35 | 48 | 26 | 19 | 164 | 4 | |||
| 104 | 548 | 8 | 126 | 283 | 515 | 133 | 103 | 17 | 29 | 32 | 47 | 26 | 19 | 15 | ||||
| 106 | 566 | 83 | 122 | 298 | 577 | 94 | 9 | 15 | 27 | 11 | 49 | 23 | 49 | 143 |
表3方案A和方案B在94km/h、RF16H下的幅值对比
作为示例，表1和表2列出轮胎A1贴吸音棉前后在各速度各谐波次数下的幅值数据，表3列出了所检测的4条轮胎贴吸音棉前后在空腔频率下的幅值及其均值。检测分析结果显示：未贴吸音棉时，在94km/h速度下的径向力16次谐波RF16H数据变化明显，其对应的频率为188Hz，确认为空腔噪音引起的突变；贴合吸音棉后，由于吸音棉具有大量的孔隙，当声波振动入射到孔隙中时，可引起，孔隙中空气振动，空气与孔壁的摩擦，使相当一部分能量转化成热能而被消耗，因此，高速均匀性对应的幅值明显减小，其空腔噪音能量明显被吸收，由此可判断吸音效果。
可以理解的是，以上实施例仅展示了此发明的某一种具体应用的实例，本发明还可用于对不同品牌、不同形状的吸音棉、同种吸音棉的不同贴合方案进行检测对比分析。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种轮胎空腔噪音的检测分析方法，其特征在于，采用高速均匀性设备进行检测，包括以下步骤：
预热：将待检测的轮胎轮辋组合体安装在设备上并与设备的转鼓接触加载，启动设备旋转进行预热；
增速过程：从速度a开始以速度增量c逐渐增速至速度b，采集轮胎与转鼓在接触加载状态下的(b-a)/c+1个复合不均匀数据；
减速过程：轮胎轮辋组合体脱离转鼓自由旋转降速，采集由速度b降至速度a范围内以-c为速度增量的(b-a)/c+1个不平衡数据；
数据处理：每个速度下的复合不均匀数据减去该速度下的不平衡数据得到轮胎轮辋组合体数据，并对所述轮胎轮辋组合体数据进行傅里叶分解，得到对应各速度各谐波次数的幅值；
数据分析：分析幅值突变点，判断空腔噪音的能量大小。
2.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，在数据处理过程中，根据以下公式(1)计算各速度各谐波次数的频率：
f＝V*n/(3.6π*D1) (1)
式中，f为某速度某谐波次数对应的频率，V为轮胎的速度，n为谐波次数，D1为轮胎充气外直径。
3.根据权利要求2所述的检测分析方法，其特征在于，还包括：在检测开始前预先估算空腔频率的步骤：
根据以下公式(2)预先估算空腔频率，并根据空腔频率的估算值确定所选设备的检测范围可覆盖该频率；并且，在数据分析过程中，重点观察检测数据中该频率附近的幅值突变，以便快速确认空腔噪音；
F＝2C/π*(D1+D2) (2)
式中，F为空腔频率，C为声速，D1为轮胎充气外直径，D2为轮辋外直径。
4.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，速度a的取值范围为60～90km/h，速度b的取值范围为90～120km/h，若反馈在某速度下存在严重空腔噪音，此速度须包含在速度a至b中。
5.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，速度增量c为2km/h以提高检测数据的精度，避免遗漏空腔噪音的检测数据。
6.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，还包括：对检测数据进行修正的步骤：将检测得到的幅值数据同时减去相应谐波次数下速度a对应的谐波幅值。
7.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，设备预热为在120km/h速度下顺时针运行20min。
8.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，检测气压为200kPa～250kPa；检测载荷为最大负荷的50％～80％；检测环境温度：24.0±3℃。
9.根据权利要求1所述的检测分析方法，其特征在于，每一方案至少检测3条轮胎，并将检测得到的幅值取均值后进行比较。
10.一种根据权利要求1所述的检测分析方法在检测吸音棉吸音效果中的应用。
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